Supersymetria - układanka z brakującymi elementarnymi cząstkami

Podobnie jak bohaterowie filmu Stevena Spielberga "Park Jurajski" odtwarzali wymarłe już gatunki gadów, tak fizycy w CERN chcą za pomocą akceleratora wytworzyć nieistniejące już cząstki elementarne, które prawdopodobnie zniknęły na dobre z mapy wszechświata. Zniknęły wtedy, kiedy wszechświat ostygł już na tyle, że nie było energii, podtrzymującej ich istnienie. Było to w pierwszej minucie po Wielkim Wybuchu.

Jak wyjaśnił PAP fizyk z Uniwersytetu Warszawskiego prof. Stefan Pokorski, cała idea bierze swój początek z powszechnie uznanej teorii fizycznej nazywanej Modelem Standardowym. Mówi ona, że znana nam materia składa się z 12 fermionów - cząstek elementarnych. Jest to sześć kwarków (cząstek składowych protonów i neutronów) i sześć leptonów (występujących samodzielnie cząstek elementarnych). Kwarki noszą nazwy: d (dolny, ang. down), u (górny, ang. up), s (dziwny, ang. strange), c (powabny, ang. charm), b (piękny, ang. beauty), t (najwyższy, ang. top - czasami nazywany też prawdziwym - truth). Leptonami zaś są: elektron, neutrino, mion, neutrino mionowe, taon i neutrino taonowe.

Ponadto, istnieją cząstki przenoszące oddziaływania - bozony. Są nimi np. fotony, które przenoszą oddziaływania elektromagnetyczne. Można powiedzieć, że naładowane elektrycznie cząstki (np. elektrony) "komunikują się ze sobą" wysyłając sobie fotony - cząstki światła, porcje czystej energii. Oprócz fotonu znane są następujące cząstki przenoszące oddziaływania: bozon W+, bozon W-, bozon Z i osiem gluonów.

Razem daje to 24 cząstki. Ponadto Model Standardowy zakłada istnienie jeszcze jednego bozonu, nazywanego bozonem Higgsa, od nazwiska teoretyka pracującego nad tym zagadnieniem. Jeśli cząstka ta istnieje, to łącznie podstawowych cząstek jest 25.

Fizykom to jednak nie wystarczy. Są przekonani, że w początkach wszechświata było ich co najmniej dwa razy tyle, a najprawdopodobniej więcej. Wszystko dlatego, że poszukując wewnętrznego porządku w układance z bozonów i fermionów, naukowcy oczekiwali, że będą one wobec siebie symetryczne, czyli jednemu fermionowi będzie odpowiadał podobny do niego właściwościami bozon. Hipotezę tę nazwano supersymetrią.

"Na razie nie zaobserwowano cząstek grupujących się w takie pary, więc supersymetria nie może być symetrią ścisłą: musi być naruszona przynajmniej na tyle, żeby niezaobserwowani dotychczas supersymetryczni partnerzy znanych cząstek mogli mieć masy większe od mas znanych cząstek. Na tyle duże, że nie dało się ich odkryć w istniejących akceleratorach" - tłumaczy prof. Pokorski.

Żadnego ze znanych fermionów nie da się połączyć w parę ze znanym bozonem. Zdaniem naukowców jest tak dlatego, że, po prostu, brakuje niektórych cząstek.

Idąc tym tropem opracowano teorię, która mówi, że każdy fermion miał kiedyś swojego partnera - odpowiadający mu supersymetryczny bozon i odwrotnie. Tylko że cząstki te, podobnie jak dinozaury, w sposób naturalny "wymarły". Jedynym sposobem, aby przekonać się o ich istnieniu, jest sztucznie stworzyć niezbędne im do życia warunki i spróbować je w nich wyprodukować. Jeśli chociaż jedna z nich się pojawi, będzie to świadczyło o słuszności teorii.

Fizycy nadali tym nieodkrytym jeszcze cząstkom nazwy. Np. supersymetryczni partnerzy znanych fermionów mają podobne do nich imiona, różniące się tylko "s" dodanym na początku. Poszukiwany jest więc np. selektron. Z punktu widzenia języka polskiego szczególnie smakowitym kąskiem będą - jeśli uda się je odkryć - skwarki. Np. jeden z nich - superpartner kwarka najwyższego (ang. top quark), którego nazwa będzie brzmiała: "stop skwark".

Teoria supersymetrii może się wydawać tylko grą językowo - paleontologiczną. Możliwe jednak, że jej potwierdzenie pomoże wyjaśnić bardzo materialny problem. Istnieje bowiem szansa, że nie wszystkie cząstki supersymetryczne przepadły bezpowrotnie. Niewykluczone nawet, że jest ich w dzisiejszym wszechświecie kilkakrotnie więcej niż zwykłych, codziennych kwarków i leptonów.

Chodzi o to, że z nich mogą się składać wykryte przez astronomów w kosmosie tajemnicze skupiska materii. Nie wysyła ona żadnego wykrywalnego promieniowania, ale tworzy pole grawitacyjne - dzięki temu wiadomo, że musi mieć masę. Obliczenia wskazują, że "ciemnej materii" jest kilkakrotnie więcej niż zwykłej, znanej nam. Poza tym naukowcy są przekonani, że nieznanych form materii jest więcej, a ta, którą znamy, stanowi zaledwie ok. 5 proc. masy wszechświata.(PAP)